Descoperire istorică: Undele gravitaționale ale lui Albert Einstein

Cu 100 de ani în urmă, în 1916, Albert Einstein publica teoria generală a relativității, cu predicții semnificativ diferite de cele ale fizicii clasice în ce privește structura mărimilor fizice: timpul, metrica spațiului fizic real, energia și propagarea luminii. Aceste previziuni au fost confirmate de observațiile empirice efectuate în toate domeniile științelor experimentale. Acum, s-a confirmat, pentru prima dată în istorie, încă o piesă din puzzle, și anume existența undelor gravitaționale.

Din teoria lui Einstein a decurs posibilitatea existenței găurilor negre, răspunzătoare pentru radiațiile intense emise de unele tipuri de obiecte astronomice, cum ar fi nucleele galactice active sau microquasarii. Relativitatea generală prezice și existența undelor gravitaționale, perturbații ale metricii spațiu-timpului care se propagă cu viteza luminii. Einstein a scris pe îndelete despre ele în lucrarea Gravitationswellen („Unde gravitaționale”), publicată în anul 1918, însă existența lor nu a fost confirmată decât astăzi, după 10 ani de încercări de depistare cu ajutorul sistemelor LIGO.

Ce sunt undele gravitaționale?

Conform teoriei lui Einstein, continuul spațiu-timp poate fi curbat de către mișcarea oricărui masiv prin Univers, similară cu deformarea unei plase sub greutatea unui obiect. Când apar evenimente cataclismice, cum ar fi ciocnirea a două găuri negre sau explozia unei stele, aceste curbe devin unde gravitaționale care se propagă ca undele formate de o piatră aruncată în apă, explică sciencealert.com. O explicație mai științifică o dă astrofizicianul NASA Ira Thorpe: „Undele gravitaţionale au o structură asemănătoare cu cea a luminii. Ele sunt un tip de radiaţii electromagnetice, doar că ondulaţiile lor sunt, de fapt, spaţiul şi timpul pe care le cunoaștem cu toții. Putem face următoarea comparaţie: dacă punem în mişcare particule încărcate electric, obţinem lumină, dar, în momentul în care punem în mişcare mase întregi de materie, obţinem unde gravitaţionale”, citează Hotnews. Până când ajung pe Pământ, sunt extrem de mici (a miliarda parte din dimensiunea unui atom) și, din acest motiv, cercetătorilor le-a luat  mult timp să le depisteze.

Undele au fost detectate folosind în paralel trei instrumente cu laser, amplasate atât în SUA, cât şi în Italia, concepute pentru a evita şocurile produse în mod constant de cutremure, care pot afecta rezultatele experimentului. Undele au fost detectate, de fapt, pe 14 septembrie 2015, însă echipele de cercetători și-au luat timp pentru a studia riguros semnalul, ca nu cumva acesta să fi fost cauzat de altceva. Concluzia, anunțată ieri în cadrul unei conferințe de presă, are o marjă de eroare de 1 la 6 milioane. Se crede deja că descoperirea va fi câștigătoarea următorului Premiu Nobel.

Fizicienii au anunțat că undele gravitaționale au fost detectate în timpul ultimei fracțiuni de secundă înainte de fuziunea a două găuri negre, în urmă cu 1,3 miliarde de ani. Cercetătorii cred că găurile negre au fost de 29 și, respectiv, de 36 de ori mai masive decât Soarele.

De ce este importantă descoperirea lor?

Există mai multe motive pentru care descoperirea a surescitat lumea fizicii și a astrofizicii. În primul rând, aceasta a fost ultima mare predicție a teoriei generale a relativității care mai trebuia să fie confirmată. În al doilea rând, descoperirea acestor unde ar trebui să fie mult mai semnificativă în practică decât descoperirea undelor radio sau a razelor-X. De asemenea, undele gravitaționale ar putea fi și mai revoluționare decât a fost telescopul, deoarece sunt diferite de sursele luminoase, afirmă astrofizicianul David Shoemaker. Având în vedere că găurile negre nu emit lumină, ele nu ar putea fi depistate fără aceste unde. ceea ce deschide calea spre studierea lor.

În altă ordine de idei, „avansul marchează nașterea unui nou domeniu al astrofizicii, total inedit”, a afirmat France Cordova, directoarea National Science Foundation, care finanțează laboratorul LIGO din SUA. „Omenirea deține acum un alt instrument pentru explorarea universului”, spune și Tuck Stebbins, șeful laboratorului de Astrofizică gravitațională de la centrul Goddard al NASA, citat de Hotnews. La ce ne va folosi acest nou instrument? Oamenii de știință spun că undele gravitaţionale pot ajuta la explicarea formării galaxiilor, la detectarea altor lucruri despre care nici nu credeam că există și la imaginarea Universului în primele sale faze de dezvoltare.